纳米微胶囊在食品中应用的最新进展

周文君，姜子涛，李 荣

(天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津食品生物技术重点实验室，天津300134)

纳米微胶囊在食品中应用的最新进展

周文君，姜子涛*，李 荣

(天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津食品生物技术重点实验室，天津300134)

随着微胶囊技术的发展，纳米微胶囊受到越来越多的关注，综述了近些年来纳米微胶囊技术在食品中应用的最新进展。

纳米微胶囊，应用，生物活性物质，酶

纳米微胶囊即具有纳米尺寸的新型微胶囊。与传统的微胶囊相比，纳米微胶囊的分散性、靶向性和缓释效果更加明显［1］。纳米微胶囊在食品中的应用是近年来食品科学领域一个新兴的热点研究课题，备受广大食品科技工作者的重视［2］。纳米微胶囊是一种利用天然或合成高分子材料，将固体或液体物质包埋起来，形成具有半透性或密封囊膜的微胶囊新技术。其制备方法主要包括乳化法［3－4］、喷雾干燥法［5－6］、电喷雾法［7］、界面聚合法［8－9］、单凝聚法［10－11］、界面溶剂交换法［12］和逐层纳米自组装法［13］。关于纳米微胶囊在生物医药、化妆品和纺织品等领域方面的应用研究已有一些报道［14］，张团红、曾晓雄和Augustin等分别综述了这方面的部分工作［10，15－16］。目前国内关于纳米微胶囊在食品方面的应用与研究尚处于起步阶段，而美国和澳大利亚等国则已经走在了世界的前列［17－18］。Gouin［19］阐述了食品添加剂纳米微胶囊缓释与控释技术的重要性，即适时地、靶向性地释放被包埋的食品添加剂以提高添加剂的使用效率，拓展了食品添加剂的应用范围，确保了最佳剂量，从而提高食品企业的成本效率。精确控制释放性能对于纳米微胶囊来说，不仅仅只是一个附加的技术指标问题，而更是现代食品的全新属性，本文评述了国内外在食品纳米微胶囊方面所取得的最新研究成果。

1 生物活性物质的纳米微胶囊

功能性食品中往往需要添加生物活性物质如多肽、蛋白质类、多糖等，这些生物活性物质在食品的加工或贮藏过程中，易受外界环境因素的影响而丧失营养价值。利用纳米微胶囊技术可以提高这些生物活性成分的稳定性、达到延缓释放、延长半衰期，促使其活性最大发挥的目的［2］。保存活性物质的最佳方法就是将活性物质包埋到一个具有保护作用的“纳米囊”中形成纳米微胶囊，该微胶囊可以在一定的条件下溶解，或者在特定的条件下将活性成分释放出来［20］。

1.1 类胡萝卜素的纳米微胶囊

类胡萝卜素是一种天然色素，主要存在于具有光和作用的植物组织中。其中β－胡萝卜素具有与维生素A相似的功能，是一种天然抗氧化剂，因此常被用作膳食补充剂和人造黄油和果汁中的着色剂。微胶囊化可解决类胡萝卜素在食品加工过程中容易因光和热而氧化的问题。

Pan等［21］制备了一种以β－胡萝卜素作为芯材，右旋糖苷做壁材的纳米微胶囊粒子。这种小球状的纳米粒子在pH 7.0的溶液中直径约为200nm，在水溶液中可以稳定存在，pH变化、离子强度变化、FeCl3氧化和长时间存储对其影响都不大。微胶囊化的β－胡萝卜素可以通过胃蛋白酶和胰蛋白酶水解释放。该实验成果证明了右旋糖苷做壁材的纳米微胶囊可以作为疏水性营养物质和药物的载体。

1.2 叶黄素的纳米微胶囊

叶黄素作为一种天然食用色素，是α－胡萝卜素的派生物，广泛的存在于蔬菜、水果、花以及一些藻类中，多年前就已经被用作食品添加剂。它因为具有可以防止老化、保护视力、抗氧化、抗心脏病和抗癌等功效而很受欢迎，可以作为一种功能性食品成分。

Jin等［22］利用超临界反溶剂法制备了羟丙基甲基纤维素邻苯二甲酸酯(HPMCP)/叶黄素纳米微胶囊，并对影响纳米微胶囊的产量、叶黄素包埋量和包埋率、粒径大小与分布等一些因素进行了研究。扫描电子显微镜的结果显示，所获得的纳米微胶囊几乎都是球形的，平均直径在适当的操作条件下可以控制在163～219nm之间。在叶黄素的初始浓度达到饱和时最高的产量可以达到95.35%。在11MPa，40℃，HPMCP和叶黄素浓度比为5∶1的条件下叶黄素装载量最高可达到 15.80%，包埋率可达到88.41%。这个技术可以使叶黄素在食品工业和制药工业中的应用更加广泛。

1.3 儿茶素的纳米微胶囊

儿茶素是主要的类黄酮化合物之一，其含量占茶树鲜叶干重的12%～25%。作为茶叶的主要风味物质，儿茶素还具有抗氧化、抗诱变与防癌、抗心血管疾病、抗紫外线辐射等功能。胡冰等［23］利用分子自组装原理，通过控制壳聚糖与 TPP质量比为1.3～3.0，制备得到了粒径为10～50nm，分散稳定、形态规则、表面光滑的球形纳米颗粒。pH对儿茶素－壳聚糖纳米颗粒形成及其形态有显著影响，pH= 4.6为制备儿茶素纳米胶囊的最佳pH条件，完全适合于包埋儿茶素。儿茶素与壳聚糖初始质量浓度比为0.4时，儿茶素的包埋率最高，达到50.46%，并且在纳米胶囊包埋过程中能很好地保持儿茶素的稳定性。

1.4 维生素D2的纳米微胶囊

Semo等［24］在最小限度改变酪蛋白胶囊的功能特性的前提下，利用酪蛋白胶囊对疏水营养物质进行纳米包埋和固定化以生产脱脂和低脂食品。这种纳米胶囊可以存在于乳制品中且不改变其感官性状。利用牛酪蛋白的天然自组装趋势对疏水性营养物质维生素D2微胶囊化，制得的微胶囊平均粒径在150nm左右。胶囊中的维生素是血清中的5.5倍，且胶囊的形态和平均直径都与自然形成的酪蛋白胶囊相似。证明了酪蛋白胶囊可以作为纳米载体，有效地富集、保护和传递食品中的敏感疏水性营养物质。

还有很多学者研究了生物活性物质的纳米微胶囊，如Chen［25］的文章中综述了蛋白质包埋生物活性物质制备纳米微胶囊的一些工作。蛋白质作为食品中重要的营养物质，由于其独特的物理化学性能，可以被视为一种包埋生物活性物质的理想材料。

2 油脂的纳米微胶囊

油脂在食品工业生产中需求量非常大，利用纳米微胶囊技术可将本身不稳定，易氧化变质的原液状油脂制成固态粉末油脂，从而能有效地提高油脂的稳定性，延长产品的货架期，使其更易保存、运输和使用;提高了所得产品的溶解性、乳化分散能力，因而大大拓宽了油脂的应用范围。

McClements［26］综述了以纳米生物聚合物包埋脂类物质时，壁材的理化性质对脂类物质生物利用度的影响，并阐述了壁材的厚度、组成、电荷、渗透性、环境的反应消化、释放，对脂类化合物的吸收等重要因素的影响。Jafari等［3］以鱼油做芯材，麦芽糊精结合表面活性生物高聚物(改性淀粉或乳清蛋白浓缩剂)以3∶1比例混合作为壁材，制备得到尺寸在210～280nm范围的纳米微胶囊。

3 酶的纳米微胶囊

3.1 L－天门冬酰胺酶

Wang等［27］利用静电喷雾法在温和条件下制备了CKGM－CS纳米微胶囊，用于L－天门冬酰胺酶的固定化。当CKGM和CS的浓度均为0.01%时，最高的包埋率可以达到68.0%，粒子尺寸在100～300nm。与未包埋的L－天门冬酰胺酶相比，固定化的酶显示出了更高的热稳定性，且对酸碱环境具有更高的适应力。这个研究证明，这种具有半渗透性的纳米微胶囊可以用于热敏感和pH敏感的酶的固定化。

3.2 α－淀粉酶

壳聚糖具有生物可降解性、生物相容性、生物活性和阳离子性能等许多重要的生物和化学性质。纳米壳聚糖固定酶能较大提高其热稳定性、储藏稳定性和重复利用性。陈金日等［28］采用离子凝胶法制备了壳聚糖纳米微胶囊，以此为载体通过吸附法固定了α－淀粉酶。由壳聚糖浓度(1.5mg/mL)与三聚磷酸钠浓度(0.5mg/mL)比为3∶1时制成的纳米胶囊，壳聚糖纳米胶囊的形状为类球形，其粒度分布均匀，微粒的大小为50～100nm。固定化酶的最适温度为70℃，而游离酶的最适温度为50℃，固定化酶比游离酶的最适温度提高了20℃。另外，在最适温度下固定化酶也比游离酶的活力高约5.41%。固定化酶的最适pH与游离酶相同，均为6.5，但是在此pH条件下固定化酶的活力比游离酶高约16.43%;同时酶固定化以后明显提高了酶的高温热稳定性。

4 展望

纳米微胶囊是复合相功能材料，涉及胶体化学、高分子、纳米加工等交叉学科，作为微胶囊化技术的延伸将具有更为宽广的发展前景。纳米胶囊的发展趋势将朝着粒径小、分布窄、胶囊的分散性好、选择性高、应用范围广等方面前进。纳米胶囊技术已被国际上列为二十一世纪重点研究开发的高新技术。目前对于纳米微胶囊技术本身而言，在理论上和应用方面都还有一些问题需要深入研究，相信随着人们研究和认识地不断加深，纳米微胶囊在食品领域的应用将得到更进一步地提升和推进。

［1］郭慧林，赵晓鹏.纳米胶囊的制备及其应用［J］.功能材料，2003，34(6):609－611.

［2］杨安树，陈红兵.纳米技术在食品加工中的应用［J］.食品科技，2007(9):12－15.

［3］Lee MY，Min SG，Bourgeois S，et al.Development of a novel nanocapsule formation by emulsion－diffusion combined with high hydrostatic pressure［J］.J Microencapsules，2009，26(2): 122－129.

［4］Pandey R，Ahmad Z，Sharma S，et al.Nano－encapsulation of azole antifungals:Potential applications to improve oral drug delivery［J］.Int J Pharmac，2005，301:268－276.

［5］Jafari SM，Assaidpoor E，Bhandari B，et al.Nano－particle encapsulation of fish oil by spray drying［J］.Food Res Int，2008，41(2):172－183.

［6］Jafari SM，Assadpoor E，He YH，et al.Encapsulation efficiency of food flavours and oils during spray drying［J］.Drying Technol，2008，26(7):816－835.

［7］ Jaworek A，Sobczyk AT.Electrospraying route to nanotechnology:An overview［J］.J Electrostatics，2008，66 (3－4):197－219.

［8］Galindo－Rodriguez S，Allemann E，Fessi H，et al. Physicochemical parameters associated with nanoparticle formation in the salting－out，emulsification－diffusion，and nanoprecipitation methods［J］.Pharmac Res，2004，21(8):1428－1439.

［9］朱银燕，安学勤.微乳中界面聚合法制备包载胰岛素纳米胶囊［J］.日用化学工业，2009，39(1):5－8.

［10］吴克刚，柴向华.食品微胶囊技术［M］.北京:中国轻工业出版社，2006:71－72.

［11］王锦成，陈思浩，徐子成，等.辣椒素的纳米胶囊的合成及性能研究［J］.化工新型材料，2007，35(2):55－57.

［12］张团红，胡小玲，乔吉超，等.纳米胶囊的制备与应用进展［J］.材料科学与工程学报，2007，25(1):143－146.

［13］叶琳，肖作兵.纳米微胶囊技术与纳米化妆品研究进展［J］.香精香料化妆品，2006(4):22－26.

［14］Dalpiaz A，Leo E，Vitali F，et al.Development and characterization of biodegradable nanospheres as delivery systems of anti－ischemic adenosine derivatives［J］.Biomaterials，2005，26:1299－1306.

［15］曾晓雄.纳米技术在食品工业中的应用研究进展［J］.湖南农业大学学报:自然科学版，2007，33(1):90－94.

［16］Augustin MA，Hemar Y.Nano－and micro－structured assemblies for encapsulation of food ingredients［J］.Chem Soc Rev，2009，38(4):902－912.

［17］Hoffbauer J.The utilization of nano particles in food and cosmetics status report［J］.J Cons Prot Food Safety，2008，3(3): 290－293.

［18］肖作兵，叶琳，章苏宁，等.牛肉香精纳米微胶囊的制备研究［J］.食品科学，2007，28(3):155－157.

［19］Gouin S.Microencapsulation－industrial appraisal of existing technologies and trends［J］.Trends in Food Sci Technol，2004，15 (7－8):330－347.

［20］袁飞，徐宝梁，黄文胜，等.纳米技术在世界范围内食品工业中的应用［J］.食品科技，2007(2):17－20.

［21］Pan XY，Yao P，Jiang M，et al.Simultaneous nanoparticle formation and encapsulation driven by hydrophobic interaction of casein－graft－dextran and β－carotene［J］.J Coll Inter Sci，2007，315(2):456－463.

［22］Jin HY，Xia F，Jiang CL.et al.Nanoencapsulation of lutein with hydroxypropylmethyl cellulose phthalate by supercritical antisolvent［J］.Chin J Chem Eng，2009，17(4):672－677.

［23］胡冰，周蓓，孙怡，等.芯－壳复合纳米颗粒及其纳米营养物制备技术的研究Ⅰ.儿茶素纳米胶囊的研制［J］.湖南农业大学学报:自然科学版，2007，33(3):353－357.

［24］Semo E.Kesselman E，Danino D.et al.Casein micelle as a natural nano－capsular vehicle for nutraceuticals［J］.Food Hydrocoll，2007，21(5－6):936－942.

［25］Chen LY，Remondetto GE，Subirade M.et al.Food proteinbased materials as nutraceutical delivery systems［J］.Trends in Food Sci Technol，2006，17(5):272－283.

［26］McClements DJ.Design of nano－laminated coatings to control bioavailability of pophilic food components［J］.J Food Sci，2010，75(1):30－42.

［27］Wang R，Xia B，Li BJ.et al.Semi－permeable nanocapsules of konjac glucomannan－chitosan for enzyme immobilization［J］.Int J Pharmac，2008，364(1):102－107.

［28］陈金日，冉旭，王利.壳聚糖纳米胶囊固定化α－淀粉酶及其特性的研究［J］.中国酿造，2009(7):81－83.

Recent progress of nano－microcapsules in food applications

ZHOU Wen－jun，JIANG Zi－tao*，LI Rong
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China)

With the development of microcapsule techniques，nano－microcapsules have

more attention. The newest progress of nano－microcapsule technologies applied in food fields in recent years was reviewed.

nano－microcapsules;application;bioactive compound;enzyme

TS201.1

A

1002－0306(2012)02－0427－03

2010－05－25 *通讯联系人

周文君(1986－)，女，硕士研究生，研究方向:食品添加剂。

天津市高校科技发展基金资助项目。